聚乙烯-尼龙共混材料的相容性及性能研究_刘惠文.pdf
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1、第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023聚乙烯-尼龙共混材料的相容性及性能研究刘惠文,付 晓,陈延安,叶南飚,陈平绪(金发科技股份有限公司,塑料改性与加工国家工程实验室,广东 广州 510663)摘 要:考察了不同种类和含量的相容剂对聚乙烯(PE)/尼龙(PA)两相共混物的熔融结晶行为、两相形貌和力学性能的影响。结果表明:PE 接枝马来酸酐(PE-g-MAH)和 POE 接枝马来酸酐(POE-g-MAH)都使得 PE 和 PA 的结晶峰相互靠近,并且随着含量增加,两者的熔融峰呈现融合的趋
2、势。两种接枝物都能使得共混物中 PA6 团聚颗粒的尺寸减小,孔洞减少,相界面模糊。PE 接枝马来酸酐和 POE 接枝马来酸酐都能提高共混材料的拉伸强度和冲击强度。关键词:PE 接枝马来酸酐;PE/PA 共混材料;相容性;冲击强度中图分类号:O631.1+1 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)02-0120-04 第一作者:刘惠文(1989-),男,硕士研究生,研发工程师,主要研究方向为塑料改性。Study on Compatibility and Properties of Polyethylene-Nylon BlendsLIU Hui-wen,FU Xiao,CHEN
3、Yan-an,YE Nan-biao,CHEN Ping-xu(National Engineering Laboratory for Plastic Modification and Processing,Kingfa Science andTechnology Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou 510663,China)Abstract:The effects of different types and contents of compatibilizers on the melting crystallization behavior,morphology an
4、d mechanical properties of polyethylene(PE)/nylon(PA)blends were investigated.The results showedthat PE grafting Maleic anhydride(PE-g-MAH)and POE grafting Maleic anhydride(POE-g-MAH)made thecrystallization peaks of PE and PA close to each other,and the melting peaks of PE and PA showed a trend of f
5、usion withthe increase of content.Both grafts could reduce the size of PA6 aggregate particles,reduce pores and blur the phaseinterface.PE grafting maleic anhydride and POE grafting could improve the tensile strength and impact strength of theblends.Key words:PE graft maleic anhydride;PE/PA blend ma
6、terial;compatibility;strength of impact尼龙(PA)是应用最广泛的工程塑料,具有较高力学强度、良好自润滑和耐磨性。但 PA 干态低温下冲击强度较低,以及因熔体粘度过低在加工易产生流延现象等,限制了其应用,并给加工带来不便。通常尼龙可通过与各种聚烯烃、弹性体或橡胶等共混进行增韧改性。近年来,有关聚烯烃/尼龙的研究吸引了众多研究者的兴趣1-4,由于尼龙与非极性增韧剂之间的相容性较差,会降低共混物的综合性能5。通过直接添加接枝极性共聚物或将其作为相容剂加入,可改善二者间的界面结合,细化增韧剂分散相尺寸,使尼龙复合材料的综合性能得以改善6-10。HDPE 具有较高
7、的链柔顺性、热稳定性和更高的熔体粘度,它的这些性能优点更有利于它在增韧 PA 和改善 PA加工性方面发挥作用11。本文分别制备了聚乙烯-马来酸酐接枝聚乙烯-尼龙 6(PE/PE-g-MAH/PA6)和聚乙烯-马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物-尼龙6(PE/POE-g-MAH/PA6)共混物,以及聚乙烯-马来酸酐接枝聚乙烯-尼龙6-尼龙66(PE/PE-g-MAH/PA6/PA66)的共混物,研究了 PE-g-MAH 和 POE-g-MAH 对 PA6 和 PA66 性能的影响,希望能改善 LDPE 与 PA6 的韧性和加工性能,有利于实际应用。1 实 验1.1 实验原料LDPE:茂名石化提供的 LD
8、PE 2426H;PE-g-MAH:自制,熔体流动速率 2 g/10 min,接枝率1%:POE-g-MAH:自制,熔体流动速率 1.8 g/10 min,接枝率1%;PA6:俄罗斯古比雪夫氮;PA6 VOLGAMID27;PA66:神马集团 PA66 EPR27;抗氧剂:国产抗氧剂 1010;润滑剂:市售硬脂酸钙,BS-3818。1.2 实验设备仪器STS-75 型双螺杆挤出机,科倍隆机械有限公司;SE50EV-A 型卧式注塑机,日本住友;差示扫描量热仪,德国 NETZSCH公司;H10K-S 型万能试验机,英国 Hounsfield 公司;S-3400N型电子扫描显微镜,日本日立公司。第
9、51 卷第 2 期刘惠文,等:聚乙烯-尼龙共混材料的相容性及性能研究121 1.3 试样的制备将 LDPE 分别与 PA6、PA66、POE-g-MAH、PE-g-MAH和抗氧剂、润滑剂以及适量白油(使抗氧剂更好沾附在 PE 树脂表面),经高速搅拌机混合 90S,再经双螺杆熔融挤出(210 240),经牵引、冷却和切粒后包装。造好的粒子经精密注塑机(注塑温度 210 230)注塑成标准测试样条,留以测试。表 1 实验配方Table 1 Formula of experimentLDPE2426HPA6GAMID27PA66EPR27POE-g-MAHPE-g-MAH1#90102#901033
10、#901054#9010105#80206#802057#802058#854119#8041151.4 测试与表征拉伸性能按照 GB/T 1040.2-2006 测试,拉伸速率50 mm/min;冲击强度按照 GB/T 15585-1995 测试。2 结果与讨论2.1 相容剂对材料熔融结晶行为的影响如下图 1 为 1 4#配方材料的结晶曲线,1#配方代表无相容剂的 PE-PA6 混物物料的结晶曲线,从曲线可见,PE 结晶温度为 97 左右,而常规 PA6 的结晶温度高达 188,两者相差甚远,而加入相容剂 PE-g-MAH 后,共混材料中 PA6 的结晶峰急剧降低,向 PE 的结晶峰靠拢,直
11、接降低到 115,并且随着相容剂含量提高,PE 和 PA 的结晶峰有融合的趋势,如3#和4#峰所示,出现并峰现象。这说明材料中无相容剂的情况下,PE 和 PA 熔融结晶行为大不相同,导致材料的整体相容性较差;而引入相容剂后,材料的结晶行为区域向一种材料的方向发展,这说明 PE 和 PA 的热行为在相容剂的影响下趋于一致,从而提高了材料的相容性。上图 4#曲线在 100 110 出现两个结晶峰,这是因为所用的 PE-g-MAH 的基体树脂为LLDPE,其结晶峰为 110 左右,当材料中 PE-g-MAH 含量过高时,LLDPE 的结晶峰会显示出来。图 1 1 4#材料的结晶曲线Fig.1 Cry
12、stallization curve of 1 4#blends图 2 5 7#材料的熔融(a)和结晶(b)曲线Fig.2 Melting(a)and crystallization(b)curve of 5 7#blends图 2 为 POE-g-MAH 和 PE-g-MAH 对于材料熔融结晶曲线的影响,图2 可见,各相容剂对 PE 和 PA 相的熔融温度影响不大,只是轻微降低了 PA6 材料的熔点。各个材料的结晶曲线有较大变化,引入两种相容剂后 PA6 的结晶温度都大幅降低,向 PE 靠拢,这和图 1 所表现的趋势一模一样,说明马来酸酐接枝物能有效缩短 PE 和 PA 两种材料的热行为的差
13、距。2.2 相容剂对材料相形态的影响如图 3 所示:20wt%PA6 混入 PE 基体中,两者由于极性、结构和熔融结晶行为的巨大差异,导致两相相容性非常差,其中 PA6 由于熔融和结晶温度较高,在 PE 基体中以圆球形颗粒状形态存在,而且两相界面分明。而对于 PE-g-MAH,仅3wt%的添加量即使材料中 PA 的分散相消失,整体材料呈现单一相的效果;提高 PE-g-MAH 含量至 5wt%,材料的表面形貌基本定型,呈现完美的均一相的效果,且 10wt%和 5wt%的PE-g-MAH 共混材料相形态差别不大。说明 PE-g-MAH 的改善两相相容性的效果极佳。而对于 POE-g-MAH 相容剂
14、,添加到 5wt%时,电镜显示材料表面还有细微的 PA6 颗粒和颗粒脱出的孔洞,添加到 10wt%时材料的表面形貌才呈现均一性,相比较 PE-g-MAH,POE-g-MAH 的改善相容性的效果明显更差,这是因为 POE 与 PE 本身的相容性不如 PE-PE 的好,导致其改善 PE-PA 两相体系的相界面的效果不如 PE-g-MAH。正如 2.1 所述,PE 接枝物的引入改变了 PE/PA6 共混材料的热行为,且提高了极性-非极性两相的相互作用力,使得材料的相形貌大幅提高,界面分明的现象减少甚至消失不见。122 广 州 化 工2023 年 1 月图 3 1#4#材料的扫描电镜断面图Fig.3
15、SEM diagrams of 1#4#blends图 4 为在 20%PA6 含量的共混材料中,添加不同类型接枝物(PE-g-MAH 和 POE-g-MAH)后材料的表面形貌。对比图 3中 1#和图 4 中 1#可发现,当 PA6 含量从 10wt%增加到 20wt%时,PA6 在 PE 基体中表现出进一步团聚现象,即分散相颗粒更大,两相界面更清晰,展现出完全不相容的两相。而加入PE 接枝物或 POE 接枝物后,共混材料的两相形貌大为改善,这符合图3 的实验结论。对比6#和7#的断面图发现7#材料(PE-g-MAH)的断面两相形貌更均匀,脱出孔洞更少,这进一步说明 PE-g-MAH 的改善相
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